[發明專利]一種具有取向結構的聚苯乙烯-金屬有機多面體及其制法和用途

有效

• 申請號: 202010619000.5
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111939771B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 朱姝玥;張維;楊易達
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D71/28
• 分類號: B01D71/28;B01D71/02;B01D67/00;B01D69/02;B01D53/22
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 郭煒綿

本發明公開了一種具有取向結構的聚苯乙烯?金屬有機多面體及其制法和用途，該制備方法包括以下步驟：配制末端帶有間苯二甲酸基團的聚苯乙烯與末端帶有羥基的間苯二甲酸單體混合溶液作為有機配體母液，然后向金屬源母液中加入有機配體母液，攪拌均勻，再滴加甲醇沉淀，靜置，過濾得粗產物；將粗產物重復溶解、離心、沉淀、過濾，純化分離得到聚苯乙烯?金屬有機多面體，在80?150℃退火處理1?24h，得到具有取向結構的聚苯乙烯?金屬有機多面體。本發明制備的具有取向結構的單臂金屬有機多面體能兼顧分子篩的尺寸選擇性與聚合物的良好的機械性能，且具有較高的穩定性，可應用在氣體分離領域。

技術領域

本發明屬于材料領域，具體涉及一種具有取向結構的聚苯乙烯-金屬有機多面體及其制法和用途。

背景技術

化石能源的成分較為復雜，燃燒釋放能量的同時會產生大量的副產物，如二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、粉塵微粒以及多種含硫含氮的氣體，它們直接排入空氣中，對環境造成了嚴重的污染，由此造成的溫室效應、海洋酸化、生物滅絕等日益嚴重的環境危機迫使我們盡快解決這一問題。

氣體分離已經成為現代工業中不可或缺的一部分，傳統上用來氣體分離的方法主要包括低溫蒸餾、變壓吸附和干式/濕式氨吸收法等，但是其能耗巨大、設備昂貴且操作復雜，可能還存在潛在的環境風險造成二次污染。

現階段工業上應用的氣體分離膜主要由多孔聚合物構成，但是多孔聚合物構成的氣體分離膜依然具有不小的缺陷。首先，由Robeson上限可知，多孔聚合物在進行氣體分離時，它的滲透性(產率)和選擇性(效率)是不可以兼得的；其次，新制備的多孔聚合物氣體分離膜在工業應用中往往幾天內其滲透率就會大幅下降。即使由剛性骨架構成的多孔聚合物，其滲透性依然會隨時間而減小。

分子篩材料因其固定的孔徑和可以依據其大小和形狀來分離氣體分子的特點，具備了聚合物膜難以達到的氣體分離性能，可以輕松突破Robeson上限，獲得了許多令人激動的結果。然而分子篩材料存在非結構性孔隙(針孔、裂縫等)，目前依然無法大規模制備無缺陷的分離膜，以及其相對于聚合物膜而言相對較弱的機械性能使其目前為止依然沒有在工業上得到應用。

現在投入大量研究的氣體分離膜為混合基質膜，它可以得到分子篩和聚合物兩者兼得的性質(擁有一定的機械性能和可塑性，并且分離效果高于聚合物的Robeson上限)，但卻無法像分子篩材料那樣大幅提升氣體的分離效果，無法同時具有較高的選擇性和滲透性。因為氣體在通過混合基質膜時，是在連續相聚合物或者分子篩內擴散，但是分子篩材料與聚合物之間難以形成理想的接觸面，原因有以下三點：

1.分子篩材料與聚合物的相容性較差，導致分子篩材料加入的量有限。

2.分子篩材料與聚合物兩者表面接觸粗糙，氣體易從兩者間的縫隙泄漏。

3.分子篩材料需要在聚合物內形成連續的通道讓氣體分子通過，但是其在聚合物內的結構分布難以控制，所以連續的通道很難形成。

所以面對現階段的困境，迫切需要一種新型的節能環保的氣體分離方法，降低環境的污染。

發明內容

針對現有的氣體分離膜無法滿足氣體分離性能與力學性能兼備的問題，本發明的首要目的在于提供一種具有取向結構的聚苯乙烯-金屬有機多面體的制備方法，通過嵌段聚合物的相分離驅使金屬有機多面體成為長程有序的孔道來制備一種新型的基于金屬有機多面體分子篩材料的混合基質膜，并在氣體分離時獲得高的選擇性和滲透性。

本發明的另一目的在于提供由上述方法制得的具有取向結構的聚苯乙烯-金屬有機多面體及其用途。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種具有取向結構的聚苯乙烯-金屬有機多面體的制備方法，包括以下步驟：